本病病理具有高度特征性，為急性壞死性腦炎的改變，表現非對稱的彌漫性全腦損害，形成大小不一的出血性壞死灶。病變可先損及一側大腦半球，隨后延及對側。半數病例壞死僅限于一側，大約1/3的病例僅僅限于顳葉；即使患者雙側大腦半球受損，也常以一側為重。
大體觀察早期腦部廣泛充血腫脹。且因一側腫脹嚴重致使兩側大腦不對稱，并引起中線結構移位導致顳葉鉤回疝。大腦壞死區域以顳葉內側，海馬旁回前部，顳下回、梭狀回、鉤回及額葉眶回，特別是眶回后部最為嚴重，并可伸向顳中回，顳上回、島葉、扣帶回，海馬及杏仁核等部位。病灶不但累及皮質并深入白質，致使灰白質界限不清。存活1～2周者，壞死組織崩解，存活數周數月以上者可見顳葉皺縮，皮質壞死區呈囊性變。
顯微鏡下早期神經組織為疏松性壞死伴以腦膜腦炎改變。腦組織內大量炎細胞浸潤以淋巴細胞為主，另有大單核及漿細胞。神經細胞可呈噬節現象、壞死及消失，可見巨噬細胞吞噬脂質形成的格子細胞。血管壁壞死，紅細胞滲出血管以外，有的由炎細胞圍繞形成血管套。軟腦膜充血及炎性反應，也以淋巴細胞為主。蛛網膜下隙可有少量淋巴細胞及滲出的紅細胞。典型的改變為核內嗜酸性包涵體，可見于神經細胞、星形細胞及少突膠質細胞內。HE染色在高倍鏡下即可發現核內嗜酸性包涵體。應用免疫組化（ABC）染色法呈黑褐色，電鏡觀察可發現病毒顆粒（饒明俐等，1987）。